Антибиотик широкого спектра действия из группы аминогликозидов. В низких концентрациях действует бактериостатически (блокирует 30S субъединицу рибосом и нарушает синтез белка), а в более высоких - бактерицидно (нарушает синтез белка и проницаемость цитоплазматической мембраны микробной клетки, вызывая её гибель). In vitro активен в отношении Staphylococcus spp., включая Staphylococcus aureus и Staphylococcus epidermidis (коагулазоположительные и коагулазоотризательные), включая пенициллинустойчивые штаммы; в отношении Streptococcus spp., включая некоторые гемолитические Streptococcus spp. группы А, некоторые негемолитические виды и некоторые Streptococcus pneumoniae; Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae, Enterobacter aerogenes, Proteus mirabilis, Morganella morganii, большинство штаммов Proteus vulgaris, Haemophilus influenzae и Haemophilus aegyptius, Moraxella lacunata, Acinetobacter calcoaceticus и некоторые Neisseria spp. Некоторые гентамицинустойчивые штаммы сохраняют высокую чувствительность к тобрамицину. Неэффективен в отношении большинства штаммов стрептококков группы D.